Счетчики со сквозным переносом

 

Для ускорения процесса счета необходимо, чтобы изменение состояний отдельных разрядов в счетчике происходило не последовательно, а непосредственно вслед за приходом очередного счетного сигнала (рис.2.7).

 

Рисунок 2.7– Счетчик со сквозным переносом

Синтез счетчиков с К≠2ⁿ.

 

Уменьшение числа устойчивых состояний в счетчике можно достигнуть

– за счет сброса счетчика в нулевое состояние по достижении некоторого кода в счетчике (рис.2.7);

– введения обратных связей (рис. 2.8).

 

Рисунок 2.8 – Пересчетная схема с К=6

 

На рис.2.8 приведена пересчетная схема с К=6 и естественным порядком изменения состояний. Схема построена на Т-триггерах с последовательным переносом.

Пусть до прихода 1-го входного сигнала исходное состояние схемы 000, на выходе логической схемы И-НЕ U¹. При поступлении 5 входных сигналов изменения состояний разрядов счетчика от 000 до 101 происходит в естественной последовательности двоичных чисел, т.к. на выходе схемы И-НЕ уровень логической единицы не изменяется. Под воздействием 6-го входного сигнала на выходе схемы И-НЕ формируется уровень логического 0, устанавливающий триггер 2 в состояние 1, т.е. состояние счетчика будет 111. Длительность входных сигналов должна быть достаточной, чтобы осуществитьустановку всех разрядов счетчика. При таком условии 6-й входной сигнал произведет переход счетчика в состояние 000, т.е. в исходное состояние.

Число n триггерных ячеек в пересчетной схеме с коэффициентом пересчета К должно удовлетворять условию .

Пересчетные схемы с параллельным переносом строят на JK-триггерах со встроенными логическими элементами.

Произведем синтез пересчетной схемы с К=10 на JK триггерах. Из соотношения получим разрядность пересчетной схемы n=4, а число запрещенных состояний схемы M=2ⁿ-K = 16-10 = 6.

Пусть требуется построить счетчик с параллельным переносом и естественным порядком изменения состояний, закон функционирования которой задан табл.2.2:

Таблица 2.2

Номер входного сигнала
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

 

Таблица 2.3 переходов JK-триггера

Вид перехода JK-триггера	Логические уровни на входах
J	K
0→0		*
0→1		*
1→0	*
1→1	*

 

На основании таблиц 2.2 и 2.3 составим карты Карно для входов J и К всех триггеров пересчетной схемы. В картах Карно знак х означает запрещенные состояния схемы, для которых J и К для всех триггеров могут принимать произвольное значение (либо 0, либо 1); знак * означает произвольное значение J и К. Составим карты Карно-Вейча для минимизации функций возбуждения входов J и K всех триггеров

J1

 

Q0Q1 J2

После склеивания и минимизации с помощью карт Карно получим функции переключения (возбуждения) для J и К входов каждого триггера пересчетной схемы с параллельным переносом для К=10, то-есть

J₀=1 J₁= J₂=Q₀Q₁ J₃= Q₀Q₁Q₂

K₀=1 K₁=Q₀ K₂=Q₀Q₁ K₃=Q₀

Рисунок 2.9 – Схема счетчика с К=10

 

Рассмотрим работу схемы. Пусть показание счетчика 0111. Тогда на входе К триггеров Т₁, Т₂ и Т₃ будут заблокированы по входу J уровнем логического 0 с выходов триггеров Т₁, Т₂ и Т₃ соответственно. Показание счетчика будет 1001. Десятый входной сигнал вызовет переключение триггеров Т₀ и Т₃, так как Т₁ и Т₂ будут заблокированы по входу J уровнем 0 с выходов соответствующих триггеров. Счетчик зафиксирует двоичный код 0000, то есть установится в исходное состояние.

Пересчетные схемы с К=10 называются декадными счетчиками.

Уменьшение числа устойчивых состояний в счетчике прямого счета путем введения обратных связей обеспечивает поступление дополнительных сигналов с какого-либо старшего разряда в младшие, обеспечивая при этом изменение естественной последовательности двоичных чисел при подсчете входных сигналов.

На триггерах, работающих в режиме Т и имеющих дополнительные входы R и S для синтеза пересчетных схем с последовательным переносом используют так называемый общий метод введения обратных связей.

Рассмотрим построение пересчетной схемы с обратными связями для К=12 на синхронных RS-триггерах с динамическим управлением, работающих в режиме Т. Разрядность схемы n=4, число запрещенных состояний

m=2ⁿ-K=16-12=4₁₀=0100₂.

Закон функционирования схемы задан таблицей переходов (табл.2.4):

 

Таблица 2.4

Номер входного сигнала	Q3	Q2	Q1	Q0
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
OC
9.
10.
11.
12.

 

Период следования входных сигналов схемы не может быть меньше 2t_3cp, где t_3cp – время задержки сигнала триггером. В противном случае восьмой входной сигнал будет воздействовать на триггер Т₂ до прихода сигнала на его вход S по цепи обратной связи, что может привести к ошибке при подсчете входных сигналов. Частота выходных сигналов равна f_вых=f_вх/К.

 

Рисунок 2.10 – Вычитающий счетчик с К=12

Задание на самостоятельную работу

С использованием набора триггерных логических элементов выполнить схемы:

- реализации счетчика на JK-триггерах по модулю счета, заданному преподавателем,

-синхронного и асинхронного вычитателя на элементной базе, указанной преподавателем,

- управляемого суммирующего счетчика с параллельным переносом,

- синтезировать на D-триггерах схему асинхронного счетчика по модулю, заданному преподавателем.